JP5198784B2 - コイルスプリングの防振機構およびこれを用いた倍力装置 - Google Patents

Description

本発明は、入力手段に加えられる入力を動力により倍力して出力する、負圧倍力装置や液圧倍力装置等の流体圧倍力装置等の各種装置に用いられるコイルスプリングの防振機構の技術分野に関し、特に、装着された状態で振動により発生する異音を抑制することのできるコイルスプリングの防振機構およびこれを用いた倍力装置の技術分野に関するものである。

自動車のブレーキシステムにおいては、小さなペダル踏力でも大きなブレーキ力を得ることができるようにするために、従来、ペダル踏力を流体圧で倍力して大きな出力を発生する流体圧倍力装置が多々採用されている。このような流体圧倍力装置の１つとして、動力としての負圧でペダル踏力を倍力して大きな出力を得る負圧倍力装置がきわめてよく知られている。

図６は、このような従来の一般的な負圧倍力装置を示す断面図である。図中、１は負圧倍力装置、２はフロントシェル、３はリヤシェル、４はパワーピストン部材、５はダイヤフラム、６はパワーピストン、７は負圧に保持される定圧室、８は作動時に大気が導入される変圧室、９はバルブボディ、１０は入力軸、１１は弁プランジャ、１２は弁プランジャ１１に設けられた大気弁座、１３はバルブボディ９に設けられた負圧弁座、１４は制御弁体、１５は制御弁、１６,１７,１８は通路孔、１９は出力軸、２０はパワーピストン６を非作動位置方向に常時付勢するリターンスプリング、２１はリアクションディスク、２２は負圧導入管、および２３は大気導入口である。

この負圧倍力装置１においては、定圧室７には常時負圧が負圧導入管２２を介して導入されている。そして、負圧倍力装置１の非作動状態では、制御弁１５の大気弁座１２が制御弁体１４に当接しているとともに、制御弁体１４が負圧弁座１３からわずか離座しており、制御弁１５は非作動状態となっている。したがって、変圧室８は、大気から遮断され、かつ通路孔１７,１６、制御弁体１４と負圧弁座１３との間の隙間および通路孔１８を介して定圧室７に連通されていて、この変圧室８には負圧が導入されている。

この非作動状態から、図示しないブレーキペダルが踏み込まれると、入力軸１０が前方（図６において左方）へストロークして、制御弁体１４が負圧弁座１３に着座し、その後、大気弁座１２が制御弁体１４から離れる。すなわち、制御弁１５が切り換えられる。これにより、変圧室８が定圧室７から遮断されるとともに大気に連通する。すると、大気が大気導入口２３から制御弁体１４と大気弁座１２との間の隙間および通路孔１６,１７を介して変圧室８に導入される。これにより、変圧室８と定圧室７との間に差圧が生じるので、パワーピストン部材４およびダイヤフラム５からなるパワーピストン６が前進（左方へ移動）して出力を発生する。この出力は、バルブボディ９、リアクションディスク２１および出力軸１９を介して図示しないブレーキマスタシリンダに伝達される。すると、ブレーキマスタシリンダが作動してブレーキ圧を発生する。

ブレーキマスタシリンダのブレーキ圧による反力で、出力軸１９がリアクションディスク２１を押圧するので、リアクションディスク２１がバルブボディ９と出力軸１９との間に挟圧されて弾性変形し、弁プランジャ１１に当接する。すると、リアクションディスク２１の弾性変形により発生する力が弁プランジャ１１および入力軸１０を介してブレーキペダルに反力として伝えられる。

変圧室８の圧力が高くなるにつれて、パワーピストン６の出力が大きくなってバルブボディ９が更に前進するので、制御弁体１４が負圧弁座１３との着座を保持しながら大気弁座１２に当接する。これにより、変圧室８にはそれ以上大気が導入されなく、変圧室８の圧力は入力軸１０に加えられた入力（ペダル踏力に関係した力）に対応した圧力となる。このときのパワーピストン６の出力はペダル踏力を倍力した大きな出力となり、その結果、マスタシリンダは入力軸１０の入力に対応したブレーキ圧を発生するようになる。このマスタシリンダのブレーキ圧により、ブレーキが作動する。このときのブレーキ力はペダル踏力を倍力した大きなブレーキ力となる。

ブレーキペダルを解放すると、入力軸１０および弁プランジャ１１がともに後退し、制御弁体１４が負圧弁座１３から離座する。すると、変圧室８が定圧室７に連通し、変圧室８に導入された大気は通路孔１７,１６、制御弁体１４と負圧弁座１３との隙間、通路孔１８および定圧室７を介して負圧導入管２２から排出される。これにより、変圧室８の圧力が低下し、リターンスプリング２０のばね力で、バルブボディ９、パワーピストン６および出力軸１９がともに後退して非作動位置となり、また制御弁１５が図示の非作動状態となる。こうして、この負圧倍力装置１では、小さなペダル踏力で大きな出力が得られるようになる。

ところで、この負圧倍力装置１のリターンスプリング２０には、一般にコイルスプリングが用いられている。このコイルスプリングは、通常ばね線材から形成され、両端部においてコイルスプリングの長手方向に直交する面内でほぼ１巻き巻かれた座巻き部（１巻き目の部分）と、これらの座巻き部の間に連続して螺旋状に巻かれたコイル部とからなっている。通常、この種のコイルスプリングは、その座巻き部の一部と２巻き目の部分の一部との間に微小隙間が生じている。

このように、コイルスプリングの座巻き部の一部と２巻き目の部分の一部との間に微小隙間が生じていると、ブレーキペダルが踏み込まれてパワーピストン６が前進した負圧倍力装置１の作動時に、リターンスプリング２０のばね性でパワーピストン６が振動する。そして、このパワーピストン６の振動が、リアクションディスク２１、弁プランジャ１１および入力軸１０を介してブレーキペダルに伝達されるため、ペダルフィーリングが悪くなるいう問題がある。また、パワーピストン６の振動によりコイルスプリングが振動するが、コイルスプリングが振動すると、微小隙間を介して離間しているコイルスプリングの座巻き部の一部と２巻き目の部分の一部とが接触するため、異音が発生するという問題がある。

そこで、コイルスプリングの２巻き目の所定範囲の部分を座巻き部に密着させることで、コイルスプリングが振動しても、２巻きの部分と座巻き部の一部との接離による異音の発生を防止した倍力装置が提案されている（例えば、特許文献１および２参照）。
特開２００６−３４１７９０号公報。 特開２００６−７７９０４号公報。

しかしながら、前述のようにコイルスプリングの２巻き目の所定範囲の部分を座巻き部に密着させる構成においては、コイルスプリングの振動を確実に減衰させることは難しい。しかも、コイルスプリングの振動による異音の発生を効果的に防止するためには、２巻き目の部分を座巻き部との密着度合いや密着範囲等の寸法管理を高精度に厳しく行う必要がある。このため、コイルスプリングの防振機構の生産性があまり良好でないばかりでなく、コストが高いという問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、コイルスプリングの振動を減衰して異音の発生を抑制しつつ、生産性を向上することのできるコイルスプリングの防振機構およびこれを用いた倍力装置を提供することである。
また、本発明の他の目的は、パワーピストンのリターンスプリングを構成するコイルスプリングに起因する振動を減衰して操作フィーリングを良好にできる倍力装置を提供することである。

前述の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、両端部の座巻き部と、これらの座巻き部の間に連続して設けられるコイル部とからなるコイルスプリングと、前記座巻き部の一方を支持するスプリングリテーナとを備え、前記スプリングリテーナが前記座巻き部の一方を把持する一対の把持部を備えているコイルスプリングの防振機構において、前記スプリングリテーナは第１リテーナと第２リテーナとからなり、前記第１リテーナに、前記一対の把持部のうち一方の把持部が設けられているとともに、前記第２リテーナに、前記一対の把持部のうち他方の把持部が設けられ、前記一対の把持部のうち、一方の把持部が前記コイルスプリングの座巻き部の少なくとも外周側を把持し、他方の把持部が前記コイルスプリングの座巻き部の少なくとも内周側を把持することを特徴としている。

一方、請求項２に係る発明の倍力装置は、入力に応じた動力が作用することで作動し、前記入力を倍力して出力するパワーピストンと、前記コイルスプリングの防振機構は、請求項１記載のコイルスプリングであることを特徴としている。

このように構成された本発明のコイルスプリングの防振機構によれば、コイルスプリングの座巻き部を、スプリングリテーナに設けた一対の把持部で把持しているので、コイルスプリングが振動してもその振動を強制的に減衰させることができる。したがって、コイルスプリングの座巻き部と２巻き部との間に微小隙間が生じていても、コイルスプリングの振動による異音の発生を効果的に抑制できる。

また、コイルスプリングの座巻き部と２巻き部との間に微小隙間が生じていてもよいので、２巻き目の部分と座巻き部との密着度合いや密着範囲等の寸法管理を高精度に厳しく行わなくても済むので、コイルスプリングの防振機構の生産性を向上することができるとともに、コストを低減することができる。

一方、本発明の倍力装置によれば、パワーピストンのリターンスプリングがコイルスプリングで構成され、作動時にこのコイルスプリングに起因する振動を減衰して、異音の発生を抑制できるので、倍力装置の操作フィーリングを良好にできるとともに、倍力装置のコストを低減することができる。

以下、図面を用いて、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明に係るコイルスプリングの防振機構の実施の形態の一例が適用されたされた負圧倍力装置を部分的に示す断面図である。なお、以下の説明において、その例より前の例および前述の図６に示す従来例と同じ構成要素には同じ符号を付すことにより、その詳細な説明は省略する。

この例のコイルスプリングの防振機構が適用された倍力装置は、ブレーキ倍力装置等に用いられる負圧倍力装置１である。この負圧倍力装置１は、その一部の構成が前述の図６に示す従来の負圧倍力装置１と異なるだけで、大部分の構成がこの従来の負圧倍力装置１と同じである。したがって、この例の負圧倍力装置１の構成のうち、従来の負圧倍力装置１と異なる部分の構成についてのみ説明する。

図１に示すように、この例の負圧倍力装置１では、コイルスプリングからなるリターンスプリング２０のバルブボディ９側の端部が、スプリングリテーナ２４を介してバルブボディ９に支持されている。このスプリングリテーナ２４は、リターンスプリング２０の端を前後方向（図１において、左右方向）に直接支持する台座リテーナ２５（本発明の第１リテーナに相当）と、リターンスプリング２０の１巻き目である座巻き部２０ａを弾性的に把持する把持用リテーナ２６（本発明の第２リテーナに相当）とから構成されている。

図２（ａ）および（ｂ）に示すように、台座リテーナ２５は、従来の一般的な負圧倍力装置１に用いられているスプリングリテーナと実質的に構成を有している。すなわち、台座リテーナ２５は、平坦な中心部２７ａがその周囲に位置する平坦な外周部２７ｂより前方（図２（ｂ）において左方）に位置するように円環状の段差２７ｃを有する段付き環状円板部２７と、この段付き環状円板部２７の中心部２７ａの中心と同心で前方に突出する円筒状のガイド支持部２８とから構成されている。

段付き環状円板部２７の外周部２７ｂには、所定数（図示例では、８個）の開口２９が周方向に等間隔を置いて穿設されている。また、外周部２７ｂの外周縁には、前方に向かって突出する円環状のフランジ３０が形成されている。このフランジ３０は、リターンスプリング２０の座巻き部２０ａの外周側を把持する円環状の把持部３０ａと、この把持部３０ａから前方に末広がりに突出する截頭円錐台形状の環状のガイド部３０ｂとからなっている。
図１に示すように、ガイド支持部２８は出力軸１９に嵌合されて、スプリングリテーナ２４を出力軸１９と同心となるように径方向に位置決めする。

図３（ａ）および（ｂ）に示すように、把持用リテーナ２６は円環状に形成されており、この把持用リテーナ２６の内周縁には、段付き環状円板部２７の開口２９と同数の把持爪３１が軸方向前方にかつ周方向に等間隔を置いて突設されている。これらの把持爪３１には、それぞれリターンスプリング２０の座巻き部２０ａの内周側を弾性的に把持する湾曲状の凹部からなる把持部３１ａと、この把持部３１ａから前方に末広がりに突出する截頭円錐台形状の環状のガイド部３１ｂとが設けられている。そして、各把持爪３１は、それぞれ、段付き環状円板部２７の対応する開口２９を貫通可能となっている。また、把持用リテーナ２６の外周縁には、円環状フランジ３２が後方に（図３（ｂ）において、左方）に突設されている。

図１に示すように、台座リテーナ２５の各開口２９に、それぞれ、把持用リテーナ２６の把持爪３１が後方（台座リテーナ２５のフランジ３０と反対側、つまりリターンスプリング２０側と反対側）から貫通させて、台座リテーナ２５に把持用リテーナ２６を一体的に組み付けることにより、スプリングリテーナ２４が形成される。

このスプリングリテーナ２４は、その把持用リテーナ２６の円環状フランジ３２がバルブボディ９の大径の前端部９ａ外周に嵌合されるとともに、台座リテーナ２５の円環状の段差２７ｃがバルブボディ９の小径の前端部９ｂ外周に嵌合されることで、バルブボディ９に組み付けられる。

このように、スプリングリテーナ２４がバルブボディ９に組み付けられた状態では、フランジ３０の把持部３０ａと把持爪３１の把持部３１ａとの間に、円環状の把持空間が形成される。そして、リターンスプリング２０のバルブボディ９側端を、フランジ３０のガイド部３０ｂと把持爪３１の把持部３１ａのガイド部３１ｂとの間に、前方から軸方向に沿って後方に向かって嵌入する。すると、把持爪３１が弾性的に押しひろげられて、図１に示すようにリターンスプリング２０の座巻き部２０ａが把持部３０ａと把持部３１ａとの間の把持空間内に進入する。そして、この状態では把持爪３１が弾性的に復元するので、リターンスプリング２０の座巻き部２０ａは、把持部３０ａと把持部３１ａとの間に弾性的にかつ堅固に把持されるようになる。

これにより、パワーピストン６が振動しても、リターンスプリング２０の振動が強制的に減衰されるので、リターンスプリング２０の座巻き部と２巻き部との間に微小隙間が生じていても、異音の発生が効果的に抑制されるようになる。このように、台座リテーナ２５の把持部３０ａと把持用リテーナ２６の把持部３１ａとにより、本発明のコイルスプリングの防振機構が構成されている。

また、台座リテーナ２５の段差２７ｃの内周面がバルブボディ９の小径の前端部９ｂ外周に径方向に支持されるとともに、台座リテーナ２５のリターンスプリング２０側の面と反対側の面が把持用リテーナ２６のリターンスプリング２０側の面にリターンスプリング２の軸方向に支持されて、台座リテーナ２５がバルブボディ９に対して径方向および軸方向に位置決めされている（なお、台座リテーナ２５の軸方向位置決めは把持用リテーナ２６を介して行われる）。したがって、バルブボディ９は本発明のスプリングリテーナ支持部材を構成している。

更に、把持用リテーナ２６の円環状フランジ３２の内周面が大径の前端部９ａ外周に径方向に支持されるとともに、把持用リテーナ２６のリターンスプリング２０側の面と反対側の面がバルブボディ９にリターンスプリング２およびバルブボディ９の各軸方向に支持されて、径方向および軸方向のいずれにも位置決めされている。

この例のリターンスプリング２０の防振機構によれば、リターンスプリング２０を構成するコイルスプリングの座巻き部２０ａを、台座リテーナ２５の把持部３０ａと把持用リテーナ２６の把持部３１ａとの間に把持しているので、パワーピストン６が振動しても、リターンスプリング２０の振動を強制的に減衰させことができる。したがって、リターンスプリング２０の座巻き部と２巻き部との間に微小隙間が生じていても、リターンスプリング２０の振動による異音の発生を効果的に抑制できる。

また、リターンスプリング２０の座巻き部と２巻き部との間に微小隙間が生じていてもよいので、２巻き目の部分と座巻き部との密着度合いや密着範囲等の寸法管理を高精度に厳しく行わなくても済むので、リターンスプリング２０の防振機構の生産性を向上することができるとともに、コストを低減することができる。

更に、この例のリターンスプリング２０の防振機構を備えた負圧倍力装置１によれば、パワーピストン６のリターンスプリング２０がコイルスプリングで構成され、作動時にこのコイルスプリングに起因する振動を減衰して、異音の発生を抑制できるので、負圧倍力装置１の操作フィーリングを良好にできるとともに、負圧倍力装置１のコストを低減することができる。
この例の負圧倍力装置１の他の構成および多の作用効果は、前述の図６に示す従来の負圧倍力装置１と同じである。

本発明に係るコイルスプリングの防振機構は、予め設定された圧縮セット荷重を付与した状態で装置に装着されるとともに外的操作力が加えられるようなコイルスプリングの防振機構に好適に利用可能である。
また、本発明に係る倍力装置は、ブレーキシステムの倍力装置を始め、操作員の操作力を倍力して用いるような倍力システムや倍力装置に好適に利用可能である。

本発明に係るコイルスプリングの防振機構の実施の形態の一例が適用された負圧倍力装置を部分的に示す断面図である。 図１に示すスプリングリテーナを構成する台座リテーナを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）におけるII−II線に沿う断面図である。 図１に示すスプリングリテーナを構成する把持用リテーナを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）におけるIII−III線に沿う断面図である。 本発明に係るコイルスプリングの防振装置の参考例が適用された負圧倍力装置を部分的に示す断面図である。 図４に示すスプリングリテーナである台座リテーナを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）におけるＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 従来の負圧倍力装置の一例を示す断面図である。

符号の説明

１…負圧倍力装置、６…パワーピストン、９…バルブディ、１０…入力軸、１５…制御弁、１９…出力軸、２０…リターンスプリング、２０ａ…座巻き部、２４…スプリングリテーナ、２５…台座リテーナ、２６…把持用リテーナ、２９…開口、３０ａ…把持部、３０ｂ…ガイド部、３１…把持爪、３１ａ…把持部、３１ｂ…ガイド部

Claims (2)

1. 両端部の座巻き部と、これらの座巻き部の間に連続して設けられるコイル部とからなるコイルスプリングと、前記座巻き部の一方を支持するスプリングリテーナとを備え、前記スプリングリテーナが前記座巻き部の一方を把持する一対の把持部を備えているコイルスプリングの防振機構において、前記スプリングリテーナは第１リテーナと第２リテーナとからなり、前記第１リテーナに、前記一対の把持部のうち一方の把持部が設けられているとともに、前記第２リテーナに、前記一対の把持部のうち他方の把持部が設けられ、前記一対の把持部のうち、一方の把持部が前記コイルスプリングの座巻き部の少なくとも外周側を把持し、他方の把持部が前記コイルスプリングの座巻き部の少なくとも内周側を把持することを特徴とするコイルスプリングの防振機構。
2. 入力に応じた動力が作用することで作動し、前記入力を倍力して出力するパワーピストンと、前記コイルスプリングの防振機構は、請求項１記載のコイルスプリングであることを特徴とする倍力装置。

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